ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ РЕЛЬСОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Авторы

  • Н. А. ПОПОВА Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, г. Томск Автор
  • В. Е. ГРОМОВ Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк Автор
  • О. В. ШУГАЕВ Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк Автор
  • Р. Е. КРЮКОВ Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк Автор
  • Н. А. КОЗЫРЕВ ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет имени И. П. Бардина», Россия, г. Москва Автор
  • М. А. ПОРФИРЬЕВ Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк Автор
  • Ю. А. ШЛЯРОВА Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк Автор

DOI:

https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-9-38-47

Ключевые слова:

выкружка, механизмы упрочнения, эксплуатация, заэвтектоидная сталь, морфологическая составляющая

Аннотация

Значительное увеличение интенсивности железнодорожного транспорта и его грузонапряженности требует высокой эксплуатационной стойкости рельсов. Для решения этих проблем применяют технологию дифференцированной закалки 100-м рельсов из заэвтектоидной стали, производство которых в России начато в 2018 г. Выполнена количественная оценка физических механизмов упрочнения головки рельсов из заэвтектоидной стали по радиусу скругления выкружки после длительной эксплуатации на Восточно-Сибирской железной дороге (пропущенный тоннаж — 175,9 млн т). Оценка проведена в различных морфологических составляющих и в целом по материалу на разных расстояниях от поверхности контакта «колесо – рельс» — 0, 2, 10 мм. Оценены вклады, обусловленные трением кристаллической решетки, твердорастворным упрочнением, упрочнением за счет перлита, некогерентными частицами цементита, границами зерен и субграницами, дислокационной субструктурой и внутренними полями напряжений. Установлено, что основными механизмами упрочнения являются упрочнение внутренними упругими дальнодействующими (локальными) напряжениями, а также субструктурное упрочнение и упрочнение некогерентными частицами. Обсуждены возможные причины различных механизмов упрочнения поверхностных слоев выкружки головки рельсов после эксплуатации в реальных экстремальных условиях на Восточно-Сибирской железной дороге.

Биографии авторов

  • Н. А. ПОПОВА, Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, г. Томск

    канд. техн. наук, старший научный сотрудник учебно-научной лаборатории «Наноматериалы и нанотехнологии»

  • В. Е. ГРОМОВ, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк

    д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. проф. В. М. Финкеля

  • О. В. ШУГАЕВ, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк

    старший преподаватель кафедры транспорта и логистики

  • Р. Е. КРЮКОВ, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк

    д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры механики и машиностроения

  • Н. А. КОЗЫРЕВ, ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет имени И. П. Бардина», Россия, г. Москва

    д-р техн. наук, директор научного центра металлургических технологий

  • М. А. ПОРФИРЬЕВ, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк

    младший научный сотрудник Управления научных исследований

  • Ю. А. ШЛЯРОВА, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, г. Новокузнецк

    канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В. М. Финкеля

Библиографические ссылки

Rong K-j., Xiao Ye-l., Shen M-x. etc. Influence of ambient humidity on the adhesion and damage behavior of wheel–rail interface under hot weather condition // Wear. 2021. V. 486–487. 204091. DOI: 10.1016/j.wear.2021.204091.

Bai W., Zhou L., Wang P. etc. Damage behavior of heavy-haul rail steels used from the mild conditions to harsh conditions // Wear. 2022. V. 496–497. 204290. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204290.

Pan R., Chen Y., Lan H. etc. Investigation into the microstructure evolution and damage on rail at curved tracks // Wear. 2022. V. 504–505. 204420. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204420.

Zhou L. Ding H., Han Z. etc. Study of rolling-sliding contact damage and tribo-chemical behaviour of wheel-rail materials at low temperatures // Engineering Failure Analysis. 2022. V. 134. 106077. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106077.

Mojumder S., Mishra K., Singh K. etc. Effect of track curvature on the microstructure evolution and cracking in the longitudinal section of lower gauge corner flow lips formed in rails // Engineering Failure Analysis. 2022. V. 135. 106177. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106177.

Solano-Alvarez W., Bhadeshia H. K. D. H. Steels for rails // Progress in Materials Science. 2024. V. 146. 101313. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2024.101313.

Wang S., Li Z., Qian Y. etc. Investigation of rail lip development in heavy haul railway curves // Wear. 2025. V. 576–577. 206127. DOI: 10.1016/j.wear.2025.206127.

Ma L., Guo J., Liu Q. Y., Wang W. J. Fatigue crack growth and damage characteristics of high-speed rail at low ambient temperature // Engineering Failure Analysis. 2017. V. 82. P. 802–815. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.07.026.

Hu Y., Guo L. C., Maiorino M. etc. Comparison of wear and rolling contact fatigue behaviours of bainitic and pearlitic rails under various rolling-sliding conditions // Wear. 2020. V. 460–461. 203455. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203455.

Hu Y., Zhou L., Ding H. H. etc. Microstructure evolution of railway pearlitic wheel steels under rolling-sliding contact loading // Tribology International. 2021. V. 154. 106685. DOI: 10.1016/j.triboint.2020.106685.

Gromov V. E., Ivanov Yu. F., Qin R. S. etc. Degradation of structure and properties of rail surface layer at long-term operation // Materials Science and Technology. 2017. V. 33, Iss. 12. P. 1473–1478. DOI: 10.1080/02670836.2017.1287983.

Yuriev A. A., Ivanov Yu. F., Gromov V. E. etc. Structure and properties of lengthy rails after extreme long-term operation. – Millersville, Materials Research Society, 2021. V. 106. — 187 p. DOI: 10.21741/9781644901472. EDN: RDMSOE.

Alwahdi F. A. M., Kapoor A., Franklin F. J. Subsurface microstructural analysis and mechanical properties of pearlitic rail steels in service // Wear. 2013. V. 302, Iss. 1–2. P. 1453–1460. DOI: 10.1016/j.wear.2012.12.058.

Wang W. J., Lewis R., Yang B. etc. Wear and damage transitions of wheel and rail materials under various contact conditions // Wear. 2016. V. 362–363. P. 146–152. DOI: 10.1016/j.wear.2016.05.021.

Pan R., Ren R., Zhao X., Chen C. Influence of microstructure evolution during the sliding wear of CL65 steel // Wear. 2018. V. 400–401. P. 169–176. DOI: 10.1016/j.wear.2018.01.005.

Zhou L., Bai W., Han Z. etc. Comparison of the damage and microstructure evolution of eutectoid and hypereutectoid rail steels under a rolling-sliding contact // Wear. 2022. V. 492–493. 204233. DOI: 10.1016/j.wear.2021.204233.

Wen J., Marteau J., Bouvier S. etc. Comparison of microstructure changes induced in two pearlitic rail steels subjected to a full-scale wheel/rail contact rig test // Wear. 2020. V. 456–457. 203354. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203354.

Ковенькин Д. А. Исследование причин появления и развития контроленепригодности рельсов на горно-перевальном участке Большой Луг – Слюдянка // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2024. № 1 (81). С. 113–125. DOI: 10.26731/1813-9108.2024.1(81).113-125. EDN: FOJMBW.

Шур Е. А. Повреждения рельсов. — М.: Интертекст, 2012. — 192 с. EDN: QNYSEJ.

Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». — М.: Распоряжение ОАО «РЖД» № 2499 от 23.10.2014 г. — URL: https://www.tdesant.ru/info/item/144.

Egerton R. F. Physical principles of electron microscopy. — Basel: Springer, 2016. — 575 р. DOI: 10.1007/978-3-319-39877-8.

Kumar C. S. S. R. Transmission electron microscopy characterization of nanomaterials. — New York: Springer, 2014. — 492 р. DOI: 10.1007/978-3-642-38934-4.

Carter C. B., Williams D. B. Transmission electron microscopy. — Berlin: Springer, 2016. — 618 р. DOI: 10.1007/978-0-387-76501-3.

Попова Н. А., Громов В. Е., Никоненко Е. Л. и др. Механизмы упрочнения в металлах и сплавах: учебно-методическое пособие для широкого круга специалистов. — Новокузнецк: Полиграфист, 2024. — 133 с. EDN: TISBFC.

Громов В. Е., Иванов Ю. Ф., Шугаев О. В. и др. Структурно-фазовые состояния и механизмы упрочнения рельсов из заэвтектоидной стали после длительной эксплуатации в экстремальных условиях. — Новокузнецк: Полиграфист, 2026. — 159 с. EDN: RTIVCM.

Загрузки

Опубликован

2026-11-13

Выпуск

Том 82 № 9 (2026)

Раздел

Металловедение и термическая обработка

Лицензия

Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ РЕЛЬСОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ. (2026). ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации, 82(9), 38–47. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-9-38-47